2016版安全人机工程-第4章安全人机功能分配

4、人机系统的功能
四大功能：信息接受、信息储存、信息处理 和执行等，其关系如图4-5所示。
图4-5 人机系统的功能
4.3 人机系统的基本模式
人的子系统：感受刺激（Stimulus）-大脑信息加工 （Organism）-做出反应（Response） 包括S-O-R、S-O、O-R系统 对于输入的信息，有的只需要存储记忆或分析判 断，不必启动O-R系统做出直接反应；有的则要求动 用O-R系统做出相应的反应
重复性的操作、计算，大量的情报资 料存储 迅速施加大的物理力时 大量的数据处理
采用人时的有利点
由于各种干扰，需要判断信息时
在图形变化情况下，要求判断图形时 要求判断各种各样的输入时
根据某一特定范围，多次重复作出判 断
由于环境约束，对人有危险或操作容 易犯错误时 当调节、操作速度非常重要，具有决 定意义时 控制力的施加要求非常严格时
人的第一种功能——传感器 通过感觉器官（视觉、听觉、触觉等）接受信息，感知系统 的作业情况和机器的状态，感觉器官是人机联系的枢纽和信 息接受者 人的第二种功能——信息处理器 将接受的信息和已储存在大脑中的经验和知识信息进行比较 分析后，作出决定，如作出继续、停止或改变操作的决定 人的第三种功能——操纵器 根据决定采取相应行动，如开关机器或增减其速度等
课后思考
1、什么是人机功能分配？为什么要对人和机器 进行功能分配？ 2、举例说明人与机器的不同特点。
Thank You!
4.4 人机功能匹配
在人机系统中，人和机器各自担负着不同的功能，通过 控制器和显示器联系起来，共同完成系统所担负的任务。
为使整个人机系统高效、可靠、安全以及操纵方便，就 必须使系统的人与机之间达到最佳配合，即达到最佳人 机匹配。
1、人的主要功能
图4-7 人在操作活动中的基本功能示意图
1、人的主要功能
4.2 人机系统类型及功能
1、 按有无反馈分类
反馈指系统的输出量与输入量结合后对系统
发生作用。 开环人机系统 闭环人机系统
2、 按系统自动化程度分类
人工操作人机系统
半自动化人机系统
自动化人机系统
5
3、 按人机结合方式分类
分为人机串联，人机并联和人与机串、并混联三种 类型。
图4-4 人与机的结合方式
Sheffield法
英国Sheffield大学在对海军 的舰艇控制系统进行设计 时所开发的一种功能分配 方法。它在分配过程中共 需要考虑100多项决策准则， 其中不仅考虑了人机的能 力特性，还从人因工程的 角度考虑了人员的作业设 计、社会性、训练、安全 等因素，另外还包括自动 化的精度、费用等。
自动化分类与等级设计法
人机特性比较
人具有智能、感觉、综合判断能力、随机应变能力、 对各种情况的决策和处理能力等；而人的功能限度 是准确性、体力、速度和知觉能力。
机是作用力大、速度快、连续作业能力和耐久性能 好等；而机的功能限度是性能维持能力、正常动作、 判断能力、造价及运营费用。
采用人和机器时的有利点
采用机器时的有利点
四、安全人机功能分配
本章学习目标
1）了解人机系统的类型。 2）掌握人的功能和机的功能及功能特性比较， 能进行简单的人机功能分配设计。 3）理解人机关系和人机系统基本模式。
4.1 人机系统概述
人机系统是由相互作用、相互联系的人和 机器两个子系统构成的，且能完成特定目 标的一个整体系统。 研究人机系统时，既要研究子系统各自 的特点和功能，还要研究它们之间相互 形成有机整体的功能。 由于人的工作能力和效率随周围环境因 素而变化。因此研究人机系统时，环境 因素也是其中一项重要因素。 3
人机分工不合理的表现
可由人很好执行的功能分配给机器，而把设备能 更有效地执行的功能分配给人 让人所承担的负荷或速度超过其能力极限
不能根据人执行功能的特点，而找出人机之间最 适宜的相互联系的途径和手段
4、人机系统功能分配方法
人机能力比较分配法 Price决策图法 Sheffield法 自动化分类与等级设计法 York法
Price决策图法
对任意一个功能，从人机两方面的特性做出比较，然 后根据效能、速度、可靠性、技术可行性等做出评估， 评估值落在决策图的某一区域，对应于不同的人机绩 效和分配方案。 ①、②表示将功能 分配给机器；③表 示既可分配给人也 可分配给机器，存 在一个最佳分配点； ④、⑤将功能分配 给人；⑥采用其他 的方法重新设计 。
对发生频率非常低纳、判断时 预测不测事件的发生时
必须长时间地施加控制力时
人机功能分配的一般原则
笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高 阶运算的、支付大功率的、操作复杂的、环境条件 恶劣的作业以及需要检测人不能识别的物理信号的 作业，分配给机器承担
指令和程序的安排，图形的辨认或多种信息输入时， 机器系统的监控、维修、设计、创造、故障处理及 应付突然事件等工作，由人承担
人机能力比较分配法
最初的功能分配方法，在早期的简单工业自动化监控系 统中得到大量的应用。下表即为Fitts所列出人机各自的 优势特性，也称为MABA-MABA方法 。
人擅长（Men Are Better At） 机器擅长（Machines Are Better At）
能够探测到微小范围变化的各种 信号 对声音或光的模式感知 创造或运用灵活的方法 长期存储大量的信息并在适当的 时候运用 运用判断能力 归纳推理能力 对控制信号的快速反应 能够精确和平稳地运用能量 执行重复、程序性的任务 能够存储简短的信息，并能完全删除它们 计算和演绎推理能力 能够应付复杂的操作任务
人机功能匹配对人机系统的影响
由于不明白人与机的匹配关系特性，使机的设计与 人的功能不适应而造成的失误很多，如作战飞机的 高度计等仪表的设计与人的视觉不适应是造成飞机 失事的主要原因 在工作负荷过高的情况下，人往往出现应激反应 （即生理紧张），导致重大事故的发生 进行合理的人机功能分配，也就是使人机结合面布 置得恰当，从安全人机工程学的观点出发，分析人 机结合面失调导致工伤事故，进而采取改进对策
机的子系统：控制装置（Controller）-机器运 转（Machine）-显示装置（Display） 包括C-M-D、 C-M 、M-D系统 有的只有C-M系统，如自行车；有的只有M-D 系统，如某种信息显示仪表等。
人机界面
人与机器之间相互作用的“面”，所有的人机信息交流 都发生在这个作用面上 显示器将机器工作的信息传递给人，人通过各种感觉 器官接收信息，实现机—人信息传递。 大脑对信息进行加工、决策，然后做出反应，通过控 制器传递给机器，实现人—机信息传递。
人机功能分配方法存在问题
分配标准单一化，分配过程较简单。在实际工程应 用中功能分配往往是最容易忽视的一个环节，即使 在设计之初考虑功能分配,也只是选取了某一单一 的标准，如系统的负荷，或者费用等。分配标准的 单一化必然也会造成分配过程的简单化。在这种情 况下设计出来的系统可能会造成整个系统的某一单 项指标较高,而其它指标却较低,因而综合性能往往 达不到设计标准。
2、机的主要功能
接受信息：通过电子、光学、机械的传感装置 来完成
储存信息：磁盘、磁带、模板等储存系统
处理信息：对接收或储存的信息通过某种过程 进行处理 执行功能：机器本身产生控制作用；借助声光 等信号把指令从一个环节输送到另一个环节
3、人与机功能分配
人机功能分配的含义
对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能恰当 从安全的角度，人机匹配主要解决的问题：信息由 地分配给人或机，称为人机功能分配。 机器的显示器传递到人，选择适宜的信息通道，避 机器的自动化、智能化使操纵复杂程度提高，机器设计 免信息通道过载失误，以及显示器的设计如何符合 环节必须同时考虑人与机器两方面因素，即在机器设计 安全人机工程学原则；信息从人的运动器官传递给 的同时把人看成有知觉有技术的控制机、能量转换机、 机器，如何考虑人的极限能力和操作范围，控制器 信息处理机。 如何设计得高效、安全、可靠、灵敏；如何充分运 凡需要由感官指导的间歇操作，要留出足够的间歇时间； 用人和机各自的优势；怎样使人机界面的通道数和 操纵要求低于人的反应速度。机器设计同工作设计（含 传递频率不超过人的能力，以及机如何适合大多数 人员培训、岗位设计、动作设计等）相结合。 人的应用。
该方法主要应用于工业自 动化系统。任何工作过程 类似于人类的信息处理， 分为获取、分析、决策、 行动四步，机器的自动化 程度分为连续的10个级别。 在此基础上对系统功能按 上述的四个步骤进行分类， 并确定其自动化程度，然 后建立多级评价准则逐步 对分配结果进行修改，直 到最终确定系统应该采用 的自动化类型和等级。
York法
由英国York大学的 Dearden等人提出的一 种基于场景（Scenario） 的功能分配方法，基本 步骤如右图所示。该方 法将功能运行时的环境 因素也考虑进去，但是 没有考虑系统中人员之 间的功能分配。
人机功能分配方法存在问题
分配方法通用性较差。功能分配应用范围极其广 泛，在各自的领域由于应用的环境、任务性质以 及涉及的技术都不相同,分配标准也不统一，造成 各领域的功能分配方法相互之间不能很好的兼容 和共用，大大限制了功能分配在工程上的应用。
人机功能分配方法存在问题
功能分配过程和设计过程结合不够紧密，没有形成工 程化的方法，并且对环境因素缺乏足够的考虑。传统 的功能分配方法将功能分配作为单独的一个过程来考 虑，与系统工程设计结合不够紧密，且需要功能分配 专家的参与,而普通的设计人员要想参与进来是比较 困难的,这就造成功能分配和工程设计的脱节,提高了 设计成本。另外,由于对环境因素缺乏足够的考虑， 当系统投入使用后,系统没有足够的动态调整能力， 并有可能导致系统崩溃或失败。